Komunikacja na rusztowaniach budowlanych

ROBAK Aleksander 1 PIEŃKO Michał 2 Komunikacja na rusztowaniach budowlanych WSTĘP Komunikacja na rusztowaniach budowlanych przez większość osób kojarzona jest z pomostami przejściowymi wyposażonymi w drabinki umożliwiające przemieszczanie się użytkowników pomiędzy kolejnymi poziomami roboczymi. W obowiązujących normach [1, 2] pomosty takie umieszczone bezpośrednio nad sobą noszą nazwę pionów komunikacyjnych. W dzisiejszych czasach jednak nie jest to jedyne rozwiązanie. W ofercie niemal wszystkich firm produkujących rusztowania lub zajmujących się ich wypożyczaniem znaleźć można specjalnie dostosowane biegi schodowe. Ponadto coraz bardziej popularne jest stosowanie rozwiązań z napędem mechanicznym jak platformy transportowe. Zagadnienie komunikacji na rusztowaniach obejmuje również transport materiałów. Rozwiązania techniczne w tym zakresie stosowane są już na etapie wznoszenia konstrukcji samego rusztowania, najczęściej poprzez zastosowanie wciągarek linowych montowanych na aktualnie najwyższym poziomie rusztowania, wykorzystywanych do podawania elementów, z których budowane są kolejne platformy robocze. Stale zaostrzające się przepisy, dotyczące bezpieczeństwa a także świadomość wszystkich uczestników procesu budowlanego prowadzi do powstawania coraz bardziej kompleksowych rozwiązań zwiększających bezpieczeństwo a także ergonomię pracy. Przykładem dobrych praktyk w tym zakresie może być konferencja zorganizowana w Poznaniu w październiku 2014r. gdzie głównymi tematami były, przepisy dotyczące eksploatacji urządzeń transportu pionowego przy budowie i eksploatacji rusztowań, technologie i dobre praktyki prowadzenia budowy, a także zagrożenia występujące przy budowie i eksploatacji rusztowań. 1. URZĄDZENIA TRANSPORTOWE Wciągarka linowa to najpopularniejsze urządzenie zapewniające transport pionowy materiałów. O ich powszechnym wykorzystaniu decydują niewielkie wymiary oraz prosta konstrukcja a także szybki i łatwy montaż do konstrukcji rusztowania. Wciągarki montowane są na dowolnej wysokości, poprzez lekki wysięgnik obrotowy. Maksymalna granica wysokości pracy tej wciągarki wynosi 40 m Wciągarki w wielu przypadkach posiadają dwie prędkości podnoszenia oraz zabezpieczenia przed przeciążeniem i skręcaniem się liny. Dodatkowym atutem jest dostęp do akcesoriów dedykowanych do transportu określonego typu materiałów budowlanych. Dzięki tym cechom urządzenia te staja się być niemal niezastąpione na każdej budowie. Transport materiałów z użyciem wciągarek liniowych należy podzielić na: transport elementów związany z montażem i demontażem rusztowań oraz transport materiałów podczas użytkowania konstrukcji. Bardzo ważny jest też dobór liczby urządzeń transportowych oraz ich rozmieszczenie. Nieprawidłowości z tym związane mogą prowadzić np. do przeciążania pomostów w wyniku nadmiernego gromadzenia materiałów w jednaj strefie rusztowania oraz trudności w komunikacji poziomej. Innym bardzo ważnym kryterium przy doborze wciągarek jest ciężar transportowanych materiałów. W zależności od obciążenia wciągarki montowane są bezpośrednio do stojaków ram rusztowaniowych lub przy większych obciążeniach w specjalnie skonstruowanych wieżach szybowych. W ekstremalnych przypadkach wieża taka powinna być oddzielną konstrukcją niepołączoną z konstrukcją rusztowania. 1 Politechnika Lubelska, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Mechaniki Budowli; 20-618 Lublin; ul. Nadbystrzycka 40 Tel: + 48 81 538-44-36, a.robak@pollub.pl 2 Politechnika Lubelska, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Mechaniki Budowli; 20-618 Lublin; ul. Nadbystrzycka 40 Tel: + 48 81 538-44-37, m.pienko@pollub.pl 5469

Rys. 1. Wysięgnik obrotowy wciągarki linowej Wciągarki można podzielić na takie, w których napęd i sterowanie znajduje się u podstawy rusztowania oraz ze sterowaniem i napędem umieszczonym na obrotowym wysięgniku na poziomie, na który docelowo transportowany jest materiał. Na Rys. 1 Pokazano schemat zamocowania najczęściej wykorzystywanego elementu, związanego z wciągarką linową, czyli wysięgnika transportowego. W przedstawionej sytuacji maksymalne obciążenie takiego zestawu to 1,5 kn. Po prawej stronie na Rys. 1 przedstawiono także schemat statyczny prętowego modelu numerycznego. Bardzo ważnym aspektem przy użytkowaniu wciągarek linowych jest kotwienie rusztowania w strefie, w której zamontowany jest wysięgnik. Obciążenie zblocza powoduje powstanie momentu zginającego znacznej wartości, który za pośrednictwem zakosu wysięgnika przekazywany jest na stojak lub słupek ramy. Optymalnym rozwiązaniem w tej sytuacji jest odpowiednie kotwienie, które spowoduje, że powstałe siły zostaną przekazane na konstrukcję obiektu. W pionie, w którym zamontowany jest wysięgnik transportowy, kotwienie powinno być zrealizowane na jego poziomie oraz 2m poniżej. Ze względu na fakt, że podczas montażu rusztowania wyciągarka jest sukcesywnie przepinana na aktualnie najwyższy poziom, idealnym rozwiązaniem jest kotwienie pionu, co 2 metry po całej długości. Na Rys. 2 przedstawiono wyniki obliczeń przeprowadzonych na przykładowym płaskim modelu rusztowania. Do modelu przyłożona została siła skupiona o wartości 1,5kN. Zgodnie z normą [3] obciążenie to zwiększono przez zastosowanie częściowego współczynnika bezpieczeństwa = 1,5. Przedstawione mapy naprężeń pokazują, że przyłożone obciążenie powoduje naprężenia mogące prowadzić do sytuacji niebezpiecznych. Na Rys. 2b i 2c przedstawiono standardowy układ kotwienia, gdzie kotwy rozmieszczone są co 4m w głównej siatce konstrukcyjnej rusztowania. Jak widać w takiej sytuacji maksymalne wartości naprężeń są o więcej niż 50 wyższe niż w układzie przedstawionym na Rys. 2a z kotwieniem co 2 metry. Dodatkowo należy zauważyć, że wartość 275MPa jest bardzo bliska granicznej wartości naprężeń dla stalowych systemów rusztowań. W większości przypadków zawiera się ona w przedziale 280-295MPa. Na Rys. 2d przedstawiono rozwiązanie, polegające na wprowadzeniu do układu pręta kratowego, który przenosi siłę z zakosu wysięgnika bezpośrednio na kotwę. Rozwiązanie to, o ile pion transportowy nie jest zlokalizowany w skrajnym polu rusztowania, powoduje ograniczenie komunikacji poziomej. Jednak w pewnych sytuacjach może okazać się niezbędny, ponieważ w znacznym stopniu zmniejsza wartości naprężeń a należy pamiętać, ze w przeprowadzonych obliczeniach nie zostały uwzględnione pozostałe obciążenia eksploatacyjne. 5470

Rys. 2. Mapy naprężeń na schemacie rusztowania z wciągarką linową przy różnych wariantach kotwienia. Innym coraz częściej stosowanym rozwiązaniem technicznym, służącym do komunikacji na rusztowaniach są platformy transportowe. Jest to rozwiązanie, w odróżnieniu od wciągarek linowych, zapewniające transport zarówno ludziom jak i materiałom. Jego zastosowanie sprawdza się tam, gdzie przede wszystkim jest potrzebny szybki i bezpieczny pionowy transport ludzi i materiałów. Technologia użyta w platformach znacznie poprawia wydajność pracy oraz zwiększa bezpieczeństwo prowadzonych prac. Dzięki segmentowej budowie, sprzęt może być dostosowany do indywidualnych potrzeb użytkowników. Platformy transportowe można montować zarówno do konstrukcji rusztowań, mogą też funkcjonować niezależnie, będąc zakotwione bezpośrednio do ścian budynków. Kolejnym rozwiązaniem jest rusztowanie elektryczne. Od platformy transportowej zasadniczo różni się wielkością oraz funkcją. Po pierwsze w przeciwieństwie do platformy transportowej, wykorzystywane jest jako podest roboczy a nie tylko do samego transportu ludzi i materiałów. Z tego względu rusztowanie elektryczne najczęściej funkcjonuje samodzielnie a nie jako uzupełnienie klasycznego rusztowania. Do jego największych zalet należy to, że w przeciwieństwie do klasycznych rusztowań posiadających pomosty robocze rozmieszczone modułowo co dwa metry, tutaj strefę roboczą można usytuować na zupełnie dowolnej wysokości i w sposób płynny ja zmieniać z dokładnością nawet co do centymetra. 5471

2. KOMUNIKACJA NA RUSZTOWANIACH O SKOMPLIKOWANEJ GEOMERTRI Poniższe przykłady przedstawiają różnorodność problemów napotykanych przy projektowaniu rusztowań o skomplikowanej geometrii. Inaczej niż w przypadku rusztowań zmontowanych przy klasycznych prostych fasadach komunikacja w przedstawionych przypadkach wymagała szczególnej uwagi i odpowiedniego planu na etapie projektowania konstrukcji. Przedstawione konstrukcje są przykładami konstrukcji zmontowanych i użytkowanych w ostatnich latach. 2.1. Rusztowanie wokół kopuły Kościoła Świętych Apostołów Piotra i Pawła w Krakowie Przykładem nietypowego rusztowania jest konstrukcja, która została ustawiona na Kościele Świętych Apostołów Piotra i Pawła w Krakowie. Prace renowacyjne wykonywane w 2014r. na tym obiekcie dotyczą szczytowej wieży budowli na wysokości ok. 57m. Wieża wraz ze zmontowanym wokół niej rusztowaniem pokazana została na Rys.3. Rys. 3. Pion komunikacyjny przy wieży szczytowej kościoła Głównym zadaniem rusztowania zmontowanego przy kościele, miało być zapewnienie komunikacji z poziomu gruntu do wieży(rys. 4) po całym obwodzie dla konserwatorów zabytków. W przypadku tej budowli nie było ograniczeń, co do kotwienia rusztowania a także nie było przeciwskazań do oparcia rusztowania o konstrukcje dachu. Jednak sporym utrudnieniem w tym względzie był duży kąt nachylenia połaci dachowej oraz okrągły kształt konstrukcji. Rys. 4. Pion komunikacyjny z poziomu gruntu do wieży. 5472

W celu zapewnienia komunikacji na tym obiekcie poza rusztowaniem, usytuowanym bezpośrednio dokoła odnawianej wieży, wykonano konstrukcję złożoną z kilku platform i pionów, zapewniającą komunikację z poziomu gruntu aż do krzyża znajdującego się na szczycie wieży. Pierwszy najdłuższy pion komunikacyjny początkowo był zrealizowany za pomocą rusztowania o wymiarach 2,5m x 0,73m i przy zastosowaniu pomostów z klapami przejściowymi i drabinkami aluminiowymi. Ostatecznie pion ten zmodyfikowano, dokładając drugi moduł o szerokości 0,73m co pozwoliło zastąpić pomosty przejściowe biegami schodowymi w znacznym stopniu usprawniając komunikację w tym miejscu. Zmiana ta wymusiła także korektę wykonanych obliczeń. Klasyczne pomosty umieszczane na rusztowaniach oraz pomosty przejściowe, z których tworzy się piony komunikacyjne zamodelować można prostym układem zastępczym, krzyżujących się prętów kratowych. Zastępcze charakterystyki geometryczne takich elementów dobiera się tak, aby ich wypadkowy ciężar był równy rzeczywistemu elementowi. Ważne jest też żeby była zachowana sztywność w płaszczyznach poziomych. Szczegółowy opis procesu, w którym wyznaczane są takie charakterystyki opisany został w pracy [4]. Natomiast model numeryczny biegów schodowych jest znacznie bardziej skomplikowany i wykonany przy użyciu elementów ramowych. Powyżej 9 poziomu rusztowanie zostało oparte na dachu kościoła za pomocą podstawek uchylnych, którym w takich sytuacjach trzeba poświęcić szczególną uwagę. W sytuacji takiej na podporze powstaje znacznej wielkości składowa reakcji, która jest prostopadła do osi pręta. Powoduje to zginanie tego elementu, czego konsekwencją często jest przekroczenie granicznych wartości naprężeń. Jeżeli jest to niemożliwe w przypadku dachów o dużej rozpiętości tak, jak w przedstawionym przykładzie, podstawki powinny być połączone z konstrukcją rusztowania dodatkowymi stężeniami. Należy zadbać o to, żeby kotwa czy też stężenie zamocowane zostało do podstawki możliwie najbliżej oparcia. Na Rys. 5 pokazana jest mapa naprężeń w górnej części rusztowania. Jak widać maksymalna wartość naprężeń występuje właśnie w podstawce pomimo zastosowania odpowiedniego kotwienia. W tym przypadku spowodowane jest to tym, ze na pokazaną podstawkę przenoszą się siły z pionu komunikacyjnego zlokalizowanego bezpośrednio nad nią, oraz siły, wynikające z oparcia w tym miejscu części komunikacji z poziomymi platformami zlokalizowanymi poniżej poziomu podstawki. Rys. 5. Model numeryczny rusztowania wokół wieży szczytowej kościoła. 5473

Rys. 6. Platformy oparte na dachu kościoła. Na Rys.6. pokazano widok z góry platform komunikacyjnych opartych na dachu kościoła. Zdjęcie to wykonane zostało z poziomu trzeciej platformy widać na nim po prawej stronie wyjście z pierwszego pionu komunikacyjnego na poziomą platformę opartą już na dachu kościoła. Dalej na poziom drugi platformy komunikacja także zrealizowana jest za pomocą pionu wyposażonego w biegi schodowe. Następnie od poziomu drugiej platformy piony komunikacyjne zrealizowane są za pomocą pomostów przejściowych wyposażonych w drabinki aluminiowe tak, jak jest to pokazane na Rys.5. Transport materiałów na tym rusztowaniu zarówno na etapie realizacji jak i eksploatacji odbywał się przy użyciu wciągarek linowych zamontowanych do stojaków rusztowania. 2.2. Rusztowanie na Zamku w Pieskowej Skale Rys. 8. Rusztowanie na elewacjach zamku w Pieskowej Skale. Kolejnym zaprezentowanym w pracy rusztowaniem jest konstrukcja wykorzystywana na zamku w Pieskowej Skale w 2014r. Widok zamku z rusztowaniami zmontowanymi na jego elewacjach pokazano na Rys.8a. Przy projektowaniu tej konstrukcji głównym problemem okazało się miejsce posadowienia rusztowania, ponieważ było ono bardzo zróżnicowane. Miejscami podłoże gruntowe 5474

było płaskie i nie było żadnych przeszkód żeby oprzeć na nim rusztowanie z wykorzystaniem podkładów drewnianych. Niestety były też strefy o bardzo dużym nachylaniu, zaczynającym się bezpośrednio od ściany zamku. Sytuacja ta wymusiła zastosowanie podwieszenia rusztowania, które zrealizowane było za pomocą konsol i dźwigarów stalowych. Widok tego zamocowania pokazany został na Rys. 8b. Jednocześnie tak, jak pokazano na Rys. 8b, u podstawy po całej długości elewacji zamku wykonano poziome ciągi komunikacyjne. Bardzo ważnym elementem w komunikacji na tym rusztowaniu było stworzenie pionu, umożliwiającego dostęp do elewacji z poziomu parkingu, który pokazano na Rys.9. Fakt, że ta część konstrukcji nie była zmontowana przy budynku, co uniemożliwi zastosowania kotwienia w postaci standardowych łączników kotwiących a także wysokość tej części konstrukcji wymusiła zastosowanie linowych odciągów bocznych kotwionych w skałach. Na rusztowaniu wszystkie piony komunikacyjne wyposażono w pomosty przejściowe a transport materiałów realizowano za pomocą wciągarek liniowych. Rys. 9. Pion komunikacyjny w postaci wieży z odciągami WNIOSKI Komunikacja na rusztowaniach jest procesem, któremu należy poświęcić szczególną uwagę. W dzisiejszych czasach istnieje wiele rozwiązań technicznych, usprawniających prace a umiejętne ich wprowadzenie może przynieść wiele korzyści. W przedstawionych przykładach realizacji widać, że część konstrukcji odpowiedzialna za samą komunikacje nietworząca stref roboczych może być bardzo obszerna i przyjmować skomplikowane formy. Sytuacje takie wymagają odpowiedniego planowania na etapie projektowania rusztowania. Należy też pamiętać o zasadach bezpieczeństwa i przestrzegać wytycznych zawartych w instrukcjach użytkowania poszczególnych rozwiązań. Błędy takie jak: zbyt duże odległości między pionami komunikacyjnymi, niedostateczna ich liczba czy brak dostępu do pionu komunikacyjnego i niewłaściwe jego usytuowanie mogą prowadzić do sytuacji niebezpiecznych takich, jak przeciążenie konstrukcji a w efekcie awaria rusztowania. Streszczenie W artykule opisane zostały zagadnienia związane z komunikacją na rusztowaniach budowlanych. Omówione kwestie dotyczyły zarówno transportu pionowego materiałów jak i obszarów, w których możliwe jest przemieszczanie się ludzi zapewniając im dostęp do stref roboczych. Przedstawione zostały dostępne 5475

rozwiązania techniczne usprawniające prace związane z użytkowaniem rusztowań z omówieniem głównych korzyści wynikających z zastosowania danego rozwiązania a także ich ograniczenia. Przedstawiono też przykłady realizacji konstrukcji rusztowań budowlanych zmontowanych i użytkowanych przy budowlach o skomplikowanym kształcie. Opisane przykłady pokazują jak dużą część opracowania mogą stanowić części rusztowań odpowiedzialne tylko za komunikację oraz jak skomplikowane mogą one przybierać formy. W opracowaniu zwrócono także uwagę na błędy popełniane przy projektowaniu tego typu konstrukcji. Słowa kluczowe: Rusztowania, Transport pionowy, Komunikacja. Transportation on building scaffoldings Abstract Problems of vertical transportation on building scaffoldings have been presented in the paper. The described issues deal with the vertical transportation of materials, as well as the relocation of the workers in order to provide them access to working zones. There have been shown available technical solutions enhancing the works which are related to scaffoldings with the description of main advantages and limitations coming from usage of the given solution. Additionally there have been shown instances of scaffolding structures built and used near the complex geometry buildings. The described examples show how large and complex in labor can be the scaffolding transportation areas. In the research the focus has also been set on the errors made when designing these types of temporary structures. Keywords: scaffoldings, vertical transportation BIBLIOGRAFIA 1. PN-M 47900-2 Rusztowania stojące metalowe robocze. Rusztowania stojakowe z rur. 2. PN-M 12810-2: Rusztowania elewacyjne z elementów prefabrykowanych Część 2: Specjalne metody projektowania konstrukcji 3. PN-EN 12811-1: Tymczasowe konstrukcje stosowane na placu budowy Część 1: Rusztowania Warunki wykonania i ogólne zasady projektowania 4. A. Robak, Analiza nośności stalowych pomostów rusztowań, Budownictwo i Architektura, 13(2) (2014) 357-365 5. Robak A., Błazik-Borowa E., Przykłady nietypowych rusztowań budowlanych wykorzystywanych do prac renowacyjnych obiektów zabytkowych, Materiały Budowlane nr. 9/2012 s.60-62. 5476